用于控制液位的方法和设备

本发明涉及一种用于控制液位的方法，更具体地说，该方法可被 用于控制盛装于具有自由表面的筒和/或在压力下的罐中的液体液位， 例如在半导体制造系统中存在的液体的液位。本发明还涉及一种用于 实现上述方法的设备。

已知的用于控制液位的设备包括一个控制装置，该控制装置布置 有一个压力传感器，该压力传感器与浸没在被控制液体中的一个测量 管相连。将压力传感器所测量到的值除以液体的密度值或液体的比重 来确定液体的液位。

但是，由于由压力传感器所测量到的值受到当地压力的影响，例 如受到大气压力或在压力下的容器中的压力的影响，而所述的压力在 测量的时间内会产生变化，因此，这些已知的设备只能提供近似结果。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于控制液位的方法和设备， 该方法和设备消除了上述缺陷。利用该方法和设备可实现上述目的， 权利要求1和6中分别限定该方法和设备的主要特征，而其他权利要求 限定其他特征。

由于对一个辅助管道内的压力进行测量，且对辅助管道内的压力 和测量管内地压力之间相应的差值进行计算，因此，根据本发明的方 法和设备所得到的液位测量值比利用已知的方法和设备所得到的液位 测量值更精确。

根据本发明的一个有利方面，所述的设备可根据液体的温度来校 正液体的密度值或比重，从而进一步改善测量精度。

根据本发明的另一个有利方面，该设备可布置有一个单个的压力 传感器和一个电动阀以交替地测量测量管中的压力和辅助管道中的压 力。利用这种结构，就可降低制造成本，并且可避免由另一个压力传 感器的测量差别而产生的误差。

根据本发明的另一个有利方面，该设备的测量管可被连接到压力 作用下的一个气源上，这样就可测量与由液体对气体施加的压力相应 的反压力。利用这种结构就可避免：由液体释放的有害气体通过测量 管而到达控制装置。

根据本发明的另一个有利方面，该设备布置有电子存储器和计算 装置而用于确定液位和控制计算参数，以及为对设备进行校正所用的 其他有用的参数。此外，利用这种结构，根据本发明的设备不仅可控 制盛装在容器中的液体的液位，而且还可控制漂洗容器的工作，在将 该设备应用到半导体制造系统中时，还可进一步降低成本。

为降低设备的制造和保养成本，所述电子计算装置可有利地具有 一种已知类型的可编程逻辑控制器，该可编程逻辑控制器也可与一个 外部计算机相连以对本发明的设备进行远程控制。

参考附图，并通过对本发明的一些实施例的非限制性描述及其详 述内容，本领域的技术人员可明确根据本发明的方法和装置的其他优 点和特征，其中：

图1所示为根据本发明的设备的第一个实施例的示意图；

图2所示为根据本发明的设备的第二个实施例的示意图；

图3所示为根据本发明的设备的第三个实施例的示意图；

图4所示为图1中的设备与一个漂洗筒相连的示意图；

图5所示为图1中的设备的控制装置的示意图。

参考图1，从该图中可看到：根据本发明的第一个实施例的设备包 括以已知的方式浸没在容器3中的液体2内的一个测量管1，所述容器3 可以是例如用于盛装半导体制造系统的酸性液体的一个筒。测量管1 的一端处于与容器3的底部相距为L1的位置，而其另一端与布置在控制 装置4中的一个压力传感器相连，控制装置4包括有电子装置以计算由 压力传感器测量到的压力值和一个存储值之间差值，该存储值与一个 当地的参考压力相对应，例如，等于大气压值。然后，利用所述的电 子计算装置进行计算，即将所存储的值整除该压力差值。所述存储值 与液体2的密度或液体2的比重成比例。由所述的整除所得到的值以一 种已知的方式与浸没在液体2中的测量管1的一部分的位置L2相对应， 该值在显示器5例如一个LCD显示器上显示出来。在由显示器5显示出位 置L2的值之前，可将其增加到等于L1的一个存储值上，这样就可得到 液体2的自由表面的液位距容器3的底部的真正值H＝L1+L2。

根据本发明，测量管1与布置有一个电子阀7的辅助管道6相连，辅 助管道6具有布置在容器3内部或外部的自由端，更具体地说，测量管1 与容器3附近的环境相连通。电子阀7通过一根导线8与控制装置4相连， 这样，控制装置4可周期性地打开该电子阀7，从而可设置测量管1通过 辅助管道6与周围环境以确定时间相连通。当电子阀7打开时，控制装 置4的压力传感器测量一个参考压力，例如局部的压力或大气压力，并 将测量到的参考压力值存储在电子计算装置中，从而替换原来存储的 参考压力值。在经过一段确定的时间之后，将电子阀7关闭，这样，控 制装置4可再次测量由液体2施加到盛装在测量管1中的液体上的压力， 从而确定测量管1中液体自身的液位。

测量管1可通过一个管道9与一个压力气体(例如氮气或空气)源 10适当连接。管道9布置有一个阀11和一个节流阀12，阀11用于调节被 引入气体的压力，而节流阀12用于调节被引入气体的流速。通过调节 阀11和节流阀12就可使气体进入测量管，直至气体稍微进入液体2中。 利用这种结构，在测量管1中测量到的反压力与由液体2施加到气体上 的压力恰好相对应。

根据本发明的设备优选包括一个热探测器13，例如一个PT100型的 热探测器，该热探测器浸入到液体2内且通过导线14与控制装置4相连。 在控制装置4中可存储一个或多个根据液体的温度而与液体的密度或 比重成比例的值的列表。通过选择与盛装在容器3中的液体2相对应的 列表，电子计算装置就可根据由热探测器13测量到的温度而从该列表 中得到一个确定的密度值或比重值，然后，利用该确定的密度值或比 重值而以上述的方式计算液体2的液位。

在控制装置4中可存储一个或多个临界值，特别地，可存储5个这 样的临界值。当这些值大于或小于液体2的液位值时，控制装置4就接 通相应的指示灯15，例如LED型的指示灯，从而为使用者给出即刻的液 位信息。此外，控制装置4最好布置多个口15’，特别地，可布置5个 这样的口15’。可将外部电子或电动装置(图中未显示)例如警报装 置连接到所述的口上。当所述的临界值大于或小于液体2的液位值时， 控制装置4通过所述的口15’传输电子信号，从而关闭或打开所述的外 部装置。

控制装置4还与一个电源15如一个24V的直流电源相连。该控制装 置4还包括：用于输入数据的一个键盘17；一个接口18，例如一个串行 端口RS-232或RS-485以与一个外部计算机相连；多个连接器19；和 一对按钮20。下面将对上述部件的工作进行解释。

参考图2，从该图中可看到：在本发明的第二个实施例中的电动阀 7是适应于将辅助管道6或辅助管道9与测量管1交替连接所用的一个三 路电动阀。在通过辅助管道6测量局部的压力时，利用这种结构，就可 避免来自管道9的气体被引导入测量管1。

现在参考图3，从该图中可看到：在本发明的第三个实施例中，控 制装置4包括两个压力传感器。象前面所述的实施例那样，第一个压力 传感器测量测量管1中的压力。而第二个传感器测量辅助管道21中的压 力，辅助管道21的自由端布置在容器3的环境中。在本实施例中，容器 3是一个闭合的容器，这样，辅助管道21的自由端布置在容器内且处于 容器盖下面的空置部分中。利用这种结构可连续测量辅助管道21内的 参考压力例如大气压或局部的压力以及测量管1内的压力，这样，就不 再需要电子阀以交替的方式通过相同的测量管来测量参考压力。

在图4中可看到：一个液位传感器22例如具有磁浮子的一个传感器 通过一条或多条导线23与控制装置4的连接器19相连。液位传感器22 根据盛装在筒25中的液体24的液位而向控制装置4发出一个电信号，例 如，所述液位是盛装在一个QDR(快速倾倒洗涤器)漂洗容器中的非常 纯净的水的液位。筒25与容器3的区别在于：例如，在半导体制作系统 中，盛装酸性液体的筒通常布置在漂洗筒的附近。根据由液位传感器 22发出的信号，控制装置4通过连接器19和一条或多条导线26向一对电 动阀27、28发出电信号。

第一电子阀27是一个三路电动阀，该电子阀控制来自气源29的压 力气体流入气动活塞30而移动筒25的底部31，从而使该底部31空置或 利用由一个或多个喷嘴32排放的液体充注该底部31。

相反，第二电动阀28控制来自气源33的压力气体的流入以打开或 关闭气动阀34，该阀34适于按着箭头35所示而对从外部源进入液体24 的喷嘴32的流入进行控制。

由筒25通过底部31排放的液体流经排放管道36，该排放管道36最 好布置有一个热导计37，例如由Thornton公司制造的一种精密的传导 计，该传导计将电信号通过连接器19传送到控制装置4。热导计37最好 布置有一个PT100型热传感器以根据液体24的温度来校正其传导率值。

最后，可将一个第三电子阀39连接到连接器19上。该电子阀39可 控制来自气源40的压缩空气的流入以打开或关闭一个气动三路阀41， 这样，就使来自排放管道36的液体24流至箭头42所示的一个管道，或 者流至一个输送管道42’，该输送管道42’再将液体24朝着喷嘴32输 送。输送管道42’最好布置有一个流量计，例如由Georg Fischer公司 生产的Signet 2507流量计，该流量计将电信号通过连接器19输送至控 制装置4。

参考图5，从该图中可看到：控制装置4包括上述的电子计算装置 43，该电子计算装置在本实施例中具有一个可编程的逻辑控制器 (PLC)，例如，由NEC公司生产的78F0078型PLC。PLC43相应地布置 一个RAM存储器44，其中，在该存储器44中可存储一些临时性的参数例 如由传感器测量到的压力和密度以计算液体2的液位。PLC43还相应地 布置有一个快擦写只读存储器(Flash ROM)45，在该只读存储器中可 存储控制装置4工作所用的软件及相关的参数，例如：

-依据所述温度的比重值或密度值的列表；

-测量管1的自由端的位置L1高度；

-与指示灯15的临界值相应的液位高度；

-电动阀7、27、28和/或39的关闭和打开时间间隔；

-在筒25中进行的漂洗循环的数目；

-液体2的液位迟滞的校正值；

-环境或大气压力的校正值；

-与容器3的面积相应的一个值，该值用于计算盛装在容器中的 液体2的容积；

-压力和/或温度测量单元的变换常量；

-日期和时间，以及

-对根据本发明的装置进行校正工作中所用的其他参数。

这些参数可通过与PLC43相连的显示器5显示出来。

为存储其他数据，PLC43也可与一个接口46相连或通过接口18与 一个外部计算机相连接，所述接口46用于可清除的存储例如，快擦写 式。

利用一个精密传感器47对测量管1中的压力进行测量，所述精密传 感器47为例如一种电阻型传感器如由Cristal公司生产的CS55224传感 器，通过一个模拟数字转换器48将该传感器连接到PLC43上。PLC43 还通过例如光绝缘体与探测器13、指示灯15、键盘17、接口18、连接 器19和按钮20直接或间接相连。

在应用过程中，使用者接通控制装置4而通过键盘17输入上述的参 数以用于根据本发明的装置的工作。控制装置4周期性地根据由使用者 输入的参数而通过上述的方法来计算液体2的液位值，并通过显示器5 和/或指示灯15来显示所述的液位值。

与此同时，使用者可启动筒25中的漂洗，并通过按钮20输入相应 的循环次数。在这种情况下，控制装置4打开电动阀28而以液体24来充 注筒25。在液位传感器22测量到筒25的充注时，控制装置4就关闭电动 阀28且等待一段确定的时间，之后，通过电子阀27打开底部31而使筒 25排空。如果由传导计37测量到的且由筒25经排放管道36排放的液体 是足够纯的，控制装置4则通过电动阀39使操作阀41运行而经由输送管 道42’回收(recovers)所述的液体。流量计38测量回收的液体24的量。 相反，如果所述液体的纯度不足，控制装置4就通过电动阀39以相反的 方式操作阀41而将所述的液体排放掉。液体24一旦被排出，控制装置4 就关闭筒25的底部31且等待一段确定的时间，然后按着上述的方式重 新启动一个漂洗循环，直至达到由使用者编程的循环的数目。

本领域的技术人员可对上述和显示的本发明的实施例做出进一步 的变更和/或添加，但所述的变更和/或添加均包含在本发明的范围之 内。